I Like Science

Trăim într-o proiecție holografică 3D a unei realități 2D?

Trăim într-o proiecție holografică 3D a unei realități 2D?

Există o serie de fizicieni de renume care par să-i dea dreptate, peste milenii, lui Platon cu al său “Mit al peșterii”.

Ei susțin că, deși toate simțurile noastre ne asigură că realitatea înconjurătoare este tridimensională, adevărata esență a Universului ar fi bidimensională, iar lumea pe care o vedem în jurul nostru nu este decât o proiecție holografică 3D a acestei realități 2D. Această teorie poartă denumirea de principiul holografic și are numeroși susținători în condițiile în care reușește, din punct de vedere matematic, să împace fizica clasică, a corpurilor mari, cu fizica cuantică și poate explica și ce se întâmplă în singularitatea unei găuri negre, locul unde fizica așa-zis “convențională” încetează să mai aibă vreun sens.

Principiul holografic sugerează că întregul Univers poate fi privit ca o structură informațională bidimensională, iar mediul înconjurător și noi am putea fi o proiecție holografică a proceselor fizice care au loc pe o suprafață bidimensională îndepărtată. Conceptul a fost propus pentru prima oară de către Gerard’t Hooft și a fost transformat într-o interpretare corectă a teoriei stringurilor (corzilor) prin contribuția lui Leonard Susskind, care a combinat ideile sale cu cele anterioare ale lui Gerard’t Hooft și ale lui Thorn Charles.

Legile fizicii par să aibă mai mult sens atunci când sunt aplicate unui Univers 2D decât unuia 3D

La fel ca personajele unui film, noi trăim pe o suprafață plană care pare că are și profunzime. Poate părea absurd, dar dacă fizicienii pornesc de la această ipoteză și introduc Universul 2D în calculele lor, o serie de mari probleme cu care se confruntă fizic — cum ar fi natura găurilor negre și imposibilitatea reconcilierii dintre gravitație și fizica cuantică — devin mult mai ușor de rezolvat. Pe scurt, legile fizicii par să aibă mai mult sens atunci când sunt aplicate într-un Univers 2D decât în unul 3D.

“Există numeroși fizicieni teoreticieni care nu consideră această teorie drept o speculație nebună. (Această teorie) a devenit un instrument folosit zi de zi pentru a rezolva cele mai grele probleme ale fizicii”, susține Leonard Susskind, celebrul fizician de la Universitatea Stanford, care a definit prima dată principiul holografic în urmă cu câteva decenii.

În lucrarea sa “The Fabric of the Cosmos”, fizicianul american Brian Greene susține că:

Tot ceea ce vedem și experimentăm, ceea ce noi spunem că reprezintă familiara noastră realitate tridimensională poate fi doar o proiecție de informații stocate pe o suprafață bidimensională minusculă aflată la mare distanță, similar modului în care informația unei holograme este stocată pe o bucată subțire de plastic (…) Tind să cred că da, această lume tridimensională este un fel de iluzie și că adevărata realitate ultimă este realitatea bidimensională de la suprafața Universului.

Dar de unde provine această idee trăsnită? Această perspectivă neobișnuită asupra realității își are originea într-un paradox privind găurile negre. Acest paradox este legat de legea conservării informației. În 1974 celebrul fizician britanic Stephen Hawking descoperea că găurile negre, contrar părerilor cvasiunanime din acea perioadă, emit niveluri mici de radiații de-a lungul unor uriașe perioade de timp (radiația termică Hawking). În cele din urmă, pe măsură ce această energie se scurge din orizontul evenimentului — limita exterioară a găurii negre — gaura neagră ar putea dispărea cu totul.

Descoperirea lui Hawking a ridicat la fileu paradoxul legat de pierderea informației într-o gaură neagră. Conform teoriei acceptate, informația fizică nu poate fi distrusă: Particulele fie își păstrează forma inițială, sau, dacă se schimbă, această schimbare afectează și alte particule și astfel starea lor inițială poate fi dedusă ulterior. Ca analogie, să ne gândim la niște documente rupte în bucăți. Oricât de mici și de multe ar fi bucățile rezultate, informația ce era prezentă pe documentele inițiale este tot acolo și poate fi aflată din nou, prin lipirea tuturor părților componente.

Problema în cazul găurilor negre este că dacă acestea dispar în timp, conform teoriei lui Hawkins, atunci informația aferentă materiei cu care s-au “hrănit” de-a lungul timpului ar urma să dispară la rândul ei, fără urmă.

O soluție la acest paradox, propusă de Susskind și de fizicianul olandez Gerard ‘t Hooft la jumătatea anilor ’90, susține că orice obiect care intră într-o gaură neagră lasă în urma sa un fel de model 2D “imprimat” pe orizontul evenimentului acelei găuri negre. Ulterior, radiația care părăsește gaura neagră preia și această informație care astfel nu se mai pierde. Conform calculelor celor doi fizicieni, pe orizontul evenimentului unei găuri negre poate încăpea suficientă informație pentru a descrie complet toate obiectele 3D care au căzut în interiorul ei.

“Analogia la care ne-am gândit amândoi în mod independent este cea a unei holograme — o bucată de film fotografic 2D care poate codifica toate informațiile pe o regiune tridimensională a spațiului”, a susținut Susskind.

O altă problemă cu care se confruntă fizicienii este cea a calculului entropiei dintr-o gaură neagră — adică nivelul de dezordine și caracterul aleator al particulelor dintr-o gaură neagră. În anii ’70, Jacob Bekenstein a calculat că entropia unei găuri negre este finită și că acest plafon este proporțional cu aria 2D ocupată de orizontul evenimentului respectivei găuri negre.

“Pentru sistemele obișnuite, de materie ordinară, entropia este proporțională cu volumul, și nu cu aria”, explică Juan Maldacena, fizician argentinian implicat în studierea principiului holografic. În cele din urmă, atât el cât și alți fizicieni au ajuns la ideea că, deși pare un obiect 3D, o gaură neagră poate fi explicată cel mai bine folosind doar două dimensiuni.

Cum se aplică aceste idei la nivelul întregului Univers?
Niciuna dintre aceste concluzii nu reprezintă o dovadă suficientă că găurile negre ar fi niște holograme. Dar după cum remarcă Susskind, analiza întregului Univers ca o structură bidimensională, care doar pare a fi tridimensională, poate fi soluția pentru unele dintre cele mai dificile probleme cu care se confruntă fizica teoretică. Iar calculele matematice se aplică la fel de bine fie că este vorba de o gaură neagră, de o planetă sau de Univers în ansamblul său.

În 1998 Maldacena demonstra că un Univers ipotetic ar putea fi o hologramă. Universul său ipotetic s-ar fi aflat într-un așa-numit spațiu anti-de Sitter (care pentru a simplifica puțin lucrurile, are o curbură negativă, ce se întinde pe distanțe uriașe, ceea ce înseamnă că orice obiect aruncat în linie dreaptă se va întoarce în cele din urmă de unde a plecat). Prin comparație, oamenii de știință consideră că Universul în care trăim are o formă plată. O analogie pentru un spațiu anti-de Sitter 3D este cea a unui “turn” de compact discuri puse unul peste celălalt, fiecare astfel de disc reprezentând starea Universului la un anumit moment din timp.

Mai mult decât atât, prin raportarea bidimensională la acest Univers ipotetic, el a găsit o modalitate de a împăca în sfârșit “atât capra, cât și varza” în domeniul fizicii — teoria corpurilor mari cu teoria cuantică — prin intermediul teoriei stringurilor, conform căreia la baza materiei nu s-ar afla particulele subatomice, ci stringuri unidimensionale al căror mod specific de vibrație duce la formarea materiei.

“Principiul holografic corelează teoria gravitației cu teoriile fizicii particulelor”, punctează Maldacena. Îmbinarea acestor teorii într-o teorie unitară coerentă este considerată Sfântul Graal al fizicii. Desigur însă că nimic nu certifică faptul contraintuitiv că Universul real, nu cel ipotetic al lui Maldacena, este tot o hologramă… dar, deocamdată, din punct de vedere matematic, această posibilitate nu poate fi exclusă.

Ideea că Universul ar putea fi o proiecție holografică este viu dezbătută. În sprijinul ei vine și un studiu publicat în luna mai de fizicieni australieni și indieni. La fel ca Maldacena, și ei au încercat să folosească principiul holografic pentru a identifica numitorul comun între fizica cuantică și teoria gravitației.

În noul studiu, fizicienii au calculat modul în care aceste două teorii pot preconiza nivelul de “entanglement” cuantic al particulelor — bizarul fenomen cuantic în care stările a două particule pot deveni corelate astfel încât o modificare operată asupra unei particule să fie remarcată și la cealaltă particulă, chiar dacă particulele se află la distanțe foarte mari una de cealaltă. Ei au demonstrat că dacă acceptăm ideea unui model particular de Univers plat drept o hologramă, ambele teorii majore ale fizicii încetează să mai fie divergente.

Chiar și așa, chiar dacă rezultatul lor ne aduce puțin mai aproape de Universul real decât modelul teoretic al lui Maldacena, totuși este vorba de un singur tip particular de spațiu plat, iar calculele lor nu au ținut cont de timp, ci doar de cele trei dimensiuni ale spațiului. Rezultatele lor, chiar aplicate direct Universului real, nu demonstrează decât că ar fi posibil să fie o proiecție holografică și nu că este într-adevăr o hologramă.

Căutarea dovezii ar trebui să pornească de la testarea predicțiilor făcute în cadrul teoriei holografice. Spre exemplu, teoria despre nașterea explozivă a Universului indica faptul că ar trebui să existe o formă de energie fosilă care să fie emanată în Univers după explozia primordială produsă în urmă cu 13,8 miliarde de ani, iar în anii ’60 astronomii au descoperit exact acest lucru sub forma radiației cosmice de fond.

Unii fizicieni susțin că, în conformitate cu principiul holografic, ar trebui să existe o limită cu privire la cantitatea de informație ce poate fi conținută în continuumul spațiu-timp, ținând cont de faptul că aparența 3D a spațiu-tipului este codată de un nivel limitat de informații 2D.

“Efectul de bază este că realitatea este formată dintr-o cantitate limitată de informație, ca un film văzut pe internet atunci când nu ai o conexiune de date foarte bună. Imaginea devine puțin neclară și filmul se derulează sacadat”, susține Craig Hogan, cercetător la Fermilab.

Craig Hogan și colegii săi folosesc un instrument denumit “Holomoter” pentru a identifica această neclaritate. Acest instrument se bazează pe niște lasere puternice pentru a detecta dacă, la niveluri foarte mici, submicroscopice, există o limită fundamentală a cantității de informație existentă în structura spațiu-timp. Dacă o astfel de limită există, susține el, ar putea fi dovada că trăim într-un Univers hologramă.

Alți fizicieni, printre care și Susskind, resping premisele acestui experiment și susțin că nu poate oferi niciun fel de dovezi privind principiul holografic.

Dar să presupunem că oamenii de știință ar demonstra că Universul nu este decât o proiecție holografică. Ce implicații ar avea această certitudine pentru viața de zi cu zi? La prima vedere nu prea multe — aceleași legi ale fizicii sub imperiul cărora ne-am trăit viața de la început vor continua să se aplice, dar într-un sens mai profund, o astfel de descoperire poate însemna o revoluție pentru fizică și pentru modul în care înțelegem Universul. (T.B.)

I Like Science

More in I Like Science

OPERATION IRAQI FREEDOM -- An F-16 Fighting Falcon flies a mission in the skies near Iraq on March 22.  The F-16s are from the 35th Fighter Wing "Wild Weasels", Misawa Air Base, Japan.  (U.S. Air Force photo by Staff Sgt. Cherie A. Thurlby)

Video reportaj depre primii piloti romani de F-16

Bogdan ToaderDecember 7, 2015
animale_salbatice_13_oct_15

Personalitatea animalelor poate fi un factor cheie pentru supraviețuirea lor

florinOctober 13, 2015
incalzire_globala_ocean_13_oct_15

Apa rezultată din creșterea nivelului oceanelor ar acoperi Miami și New Orleans

florinOctober 13, 2015
Globen_Stockholm_6_oct_15

Cel mai mare model al Sistemului Solar realizat pe Pământ

florinOctober 6, 2015
premiul_nobel_fizica_6_oct_15

Takaaki Kajita și Arthur B. McDonald au câștigat Premiul Nobel pentru Fizică

florinOctober 6, 2015
amos_6_facebook_6_oct_15

Facebook va avea propriul satelit

florinOctober 6, 2015
tsunami_studiu_5_oct_15

Un mega-tsunami s-a produs acum 73.000 de ani în Oceanul Atlantic

florinOctober 5, 2015
luna_nasa_03_oct_15

Prima misiune privată pe Lună ar putea fi la doar doi ani distanță

florinOctober 3, 2015
nasa_foto_marte

NASA anunță dovezi ale existenței apei în stare lichidă pe Marte

florinOctober 1, 2015